检索结果-内蒙古大学图书馆

林业科学 2018年第10期54卷 11-19页

作者：马迎宾张蓓蓓徐庆高德强王婷隋明浈黄雅茹中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所北京100091 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心磴口015200

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)为研究对象,分析不同量级降水后其土壤水氘同位素的时空变化规律,定量阐明降水对各层土壤水的贡献率,为揭示降水在该淡水湿地森林生态系统水循环中的分... 详细信息

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)为研究对象,分析不同量级降水后其土壤水氘同位素的时空变化规律,定量阐明降水对各层土壤水的贡献率,为揭示降水在该淡水湿地森林生态系统水循环中的分配规律提供科学依据。【方法】利用稳定同位素技术研究3类淡水湿地森林土壤水氘同位素值在3次不同量级降水后的动态变化,分析比较土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水等)的氘同位素值(δD),判断林中土壤水来源;运用二元线性混合模型计算不同量级降水对这3种湿地森林中枯枝落叶层及各层土壤水的贡献率。【结果】绍兴汤浦水库库区淡水湿地森林中的土壤水δD在3次不同量级降水后均介于大气降水δD和浅层地下水δD之间,表明该库区土壤水主要来源于降水和浅层地下水;小雨(7.5 mm)后,3个林地0～60 cm土层土壤水δD值较雨前对照略有升高,而60～100 cm深层土壤水δD值变化很小,表明7.5 mm降水可入渗补给到0～60 cm土层;中雨(14.5 mm)后第1天,阔叶林、针阔混交林和针叶林0～100 cm土层土壤水δD均值分别降低了9.5‰±4.0‰,9.3‰±4.1‰和7.0‰±2.6‰,中雨后9天内,3个林地各层土壤水δD值随采样天数的增加逐渐升高并接近雨前对照,表明降水δD对土壤δD的影响逐渐减小;大雨(35.0 mm)后第1天,3个林地枯枝落叶水和表层(0～20 cm)土壤水δD值接近降水δD值;不同量级降水对3个林地枯枝落叶水的贡献率最大,0～20 cm表层土壤水次之,随着采样天数增加,降水对各层土壤水的贡献率皆呈现减小的趋势;降水事件(不同量级降水)是影响雨后土壤水δD以及该次降水对土壤水贡献率的主要因子。【结论】浙江绍兴汤浦水库库区不同类型淡水湿地森林中枯枝落叶层水δD对降水δD的响应最显著,0～20 cm表层土壤水δD的响应次之;单次降水量越大,降水对各层土壤水的影响越明显,贡献率也越大,大雨(降水量>20 mm)影响各层土壤水的时间超过9天;该地区淡水湿地森林对小雨(降水量≤10 mm)和中雨(10 mm<降水量≤20 mm)在土壤剖面的入渗具有一定的调控作用,且降水在针阔混交林土壤中存留时间最长,针叶林最短,可见,浙江绍兴汤浦水库混交林(阔叶林和针阔混交林)对小雨及中雨的调控作用略优于纯林(针叶林)。建议今后在长三角地区进行人工淡水湿地森林植被恢复和构建时应考虑多树种混交种植。

关键词：淡水湿地森林氘同位素降水土壤水浙江绍兴

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基于氢氧同位素的汤浦水库库区淡水湿地森林水文过程研究

基于氢氧同位素的汤浦水库库区淡水湿地森林水文过程研究

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作者：马迎宾中国林业科学研究院

学位级别：博士

森林与水的关系是生态学和森林水文学研究的热点之一,在全球变化背景下,降水格局变化会对淡水湿地森林生态系统水文过程产生最直接和最重要的影响。淡水湿地森林具有调节气候、蓄洪防旱、净化水质和保持区域生态平衡等重要功能,研究淡... 详细信息

森林与水的关系是生态学和森林水文学研究的热点之一,在全球变化背景下,降水格局变化会对淡水湿地森林生态系统水文过程产生最直接和最重要的影响。淡水湿地森林具有调节气候、蓄洪防旱、净化水质和保持区域生态平衡等重要功能,研究淡水湿地森林水文过程及其对降水格局变化的响应机制,可为淡水湿地森林资源保护和利用、退化淡水湿地森林恢复和重建等提供科学依据。稳定同位素技术具有较高的灵敏度和准确性,研究分析淡水湿地森林中大气降水、地表水、地下水、土壤水和植物水(“五水”)氢氧同位素特征,可解决生态系统水文过程中的一些关键科学问题。长江三角洲地区的城市化进程和全球变化影响着该区域水文和生态系统的稳定性,本研究选择浙江绍兴汤浦水库库区三种不同类型的淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林和针叶林),运用氢氧稳定同位素技术,系统、定量和动态地阐明水文过程中各水体氢氧稳定同位素变化特征、不同量级降水对各层土壤水的贡献率、优势树种的水分利用策略等,初步揭示淡水湿地森林对水文过程的调控作用,为我国长三角地区淡水湿地森林水循环过程的定量研究奠定良好基础。主要结论如下:(1)浙江绍兴汤浦水库库区大气降水线为δD=8.36δO+14.92;降水δD介于-147.5‰～2.7‰之间,δO介于-19.05‰～-1.17‰之间;降水量效应显著;干季降水水汽主要来源于相对干燥的内陆地区;湿季降水水汽主要来源于湿度较高的西太平洋、印度洋。(2)库区土壤水主要来源于大气降水和浅层地下水;不同量级降水后9天内,枯落物层水δD对降水δD的响应最显著,小雨对各林中枯落物层水贡献率为4.2%～46.4%,对表层土壤水(0～20 cm)贡献率为6.1%～42.2%;降水事件(不同量级降水)是影响降水在土壤剖面入渗的主要因子(p<0.001),降水在不同类型湿地森林土壤剖面中的入渗过程存在一定差异(p=0.003)。小雨(降水量≤10 mm)9天内,降水在针阔混交林土壤中滞留时间最长(6天),阔叶林次之(5天),针叶林最短(3天);中雨(10 mm<降水量≤25 mm)后9天内,降水在针阔混交林土壤中滞留时间最长(8天),阔叶林次之(7天),针叶林最短(6天)。(3)林中优势植物水主要来源于大气降水、雨前土壤水和浅层地下水。不同量级降水后9天内,降水事件是影响植物水δD和不同树种对该次降水利用率的主要因子,各林中优势植物对降水的利用率为:阔叶林(8.6%～56.4%)>针阔混交林(7.1%～52.8%)>针叶林(13.0%～32.5%)。林中优势树种的水分利用来源存在差异,土壤表层(0～20cm)根系丰富的树种,如北美枫香(Liquidambar styraciflua)对小雨的利用率较高(45.2%～1.5%),而根系分布较深的树种,如美洲黑杨(Populus deltoides)对中雨的利用率峰值为64.7%,对大雨的利用率高达88.0%。(4)不同淡水湿地森林林中降水、地表水、地下水、土壤水和植物水这“五水”存在转化关系。不同量级降水后,大气降水、雨前土壤水和浅层地下水可转化为林中各优势树种植物水;土壤水受大气降水和浅层地下水的双重补给,降水通过入渗补给转化为土壤水和浅层地下水。库区地表水和地下水之间存在转化关系(y=0.91x-3.61,R2=0.598,p<0.05),且均与当地大气降水关系密切。(5)汤浦水库库区淡水湿地森林对其生态系统水文过程具有一定的调控作用。该淡水湿地森林的枯落物层和土壤层的水文效应反映了针阔混交林对水文过程的调控作用比阔叶林及针叶林强。小雨和中雨后9天内,80～100 cm土壤水δD值分别介于-34.1‰～-34.9‰之间和-31.6‰～-25.1‰之间,深层土壤水δD较稳定,表明淡水湿地森林对降水量≤20 mm的降水在土壤剖面入渗过程具有一定调控作用,且针阔混交林的调控作用优于阔叶林和针叶林。建议今后在我国长三角地区开展退化淡水湿地森林植被恢复和重建过程中,应考虑将根系分布不同的针叶树种和阔叶树种进行混交,例如将本研究中的针叶树种池杉(Taxodium ascendens)与根系分布较浅的北美枫香、河桦(Betula nigra)等及根系分布较深的美洲黑杨等阔叶树种进行混交,多树种合理配置,以保持该群落稳定性,同时增强淡水湿地森林对全球降水格局变化的适应性。

关键词：氢氧稳定同位素淡水湿地森林植物水分利用水文过程汤浦水库

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基于氢氧同位素的淡水湿地森林水文过程研究——以安徽安庆湿地森林为例

基于氢氧同位素的淡水湿地森林水文过程研究——以安徽安庆湿地森...

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作者：张蓓蓓中国林业科学研究院

学位级别：博士

淡水湿地森林在调节气候、蓄洪防旱、维持生态系统平衡等方面发挥重要作用。在全球降水格局变化背景下,淡水湿地森林水文过程发生改变,造成其生态功能退化,威胁区域生态安全。然而,学术界关于淡水湿地森林水文过程的认识相对不足,特别... 详细信息

淡水湿地森林在调节气候、蓄洪防旱、维持生态系统平衡等方面发挥重要作用。在全球降水格局变化背景下,淡水湿地森林水文过程发生改变,造成其生态功能退化,威胁区域生态安全。然而,学术界关于淡水湿地森林水文过程的认识相对不足,特别是对不同类型的湿地森林(不同林型)中大气降水、土壤水、植物水、浅层地下水等水文过程的认识仍然不清楚。为此,本研究以我国长江中下游安徽安庆地区两种类型淡水湿地森林(美洲黑杨纯林、美洲黑杨-池杉-枫香针阔混交林)为研究对象,基于不同量级降水事件前后林中各水体的氢氧稳定同位素组成及野外观测的气象因子、植物群落及土壤结构特征等实测数据,并结合线性混合模型,Mix SIAR模型,结构方程模型及方差分解等分析方法,系统阐明了该地区大气降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源,定量阐明了不同量级降水对不同林型土壤水的贡献率以及各林中优势植物的水分利用格局,解析了淡水湿地森林中各水体之间的转化关系,初步揭示了淡水湿地森林植被和土壤结构对水文过程的调控作用。本论文的主要结果如下:在大气降水氢氧同位素特征及水汽来源方面,运用氢氧稳定同位素技术,测定和分析了安徽安庆地区2015至2017年154个大气降水样品的氢氧同位素组成,并将其与环境因子(日降水量、气温、湿度)建立相关关系,分析影响降水氢氧同位素组成的主要因素。进一步利用降水过量氘(d)值分析研究区大气降水水汽来源,并基于HYSPLIT气团轨迹模型验证其水汽来源结果的可靠性。研究结果表明,安庆地区大气降水δD～δO的关系式为δD=(8.08±0.06)δO+(10.84±0.48)(R=0.99,n=154)。降水δD和δO均与气温显著负相关(P<0.01),但与日降水量无显著相关关系,表明安庆地区大气降水氢氧稳定同位素呈现显著的反温度效应。大气降水过量氘值接近全球过量氘平均值(10‰),表明该地区水汽主要受海洋水汽主导。HYSPLIT气团轨迹模型结果进一步表明,安庆地区春季的水汽主要来源于我国华北、华南地区的大陆性气团及局地蒸发水汽,降水量较大时也会受到太平洋东南季风的影响;夏、秋、冬季的水汽主要受我国南海气团、印度洋西南季风及太平洋东南季风的影响。在降水对淡水湿地森林土壤水的贡献率方面,基于上述一致的技术,研究不同量级降水对两种类型淡水湿地森林(纯林、混交林)各层土壤水的贡献率大小。在此基础上,通过测定各林中的土壤属性(容重、总孔隙度、田间持水量及质地)和植被生物量(乔木、草本、凋落物及根系的生物量),解析影响降水对各层土壤水贡献率的主要因素。研究结果显示,小雨(7.9 mm)及中雨(18.6 mm)对两种湿地森林土壤水的贡献率无显著差异,大雨(34.1 mm)对混交林土壤水贡献率显著高于纯林(74.3%>62.9%),表明混交林土壤截持强降水能力显著高于纯林。结构方程模型结果进一步表明,土壤属性的差异是导致两种林型降水截持能力不同的主要原因。在淡水湿地森林植物水分利用格局方面,通过比较两种林型中优势植物茎(木质部)水与其潜在水源δD(δO),明确林中优势植物的水分来源,并基于贝叶斯混合模型解析不同量级降水后各林中优势植物对各层土壤水的利用比例。进一步通过测定和分析林中的土壤属性(容重,田间持水量及质地)及树种属性(叶片生物量,根系生物量及胸径),揭示影响优势植物水分利用比例的主要因素。研究结果显示,美洲黑杨主要利用深层土壤水(60～100 cm),且美洲黑杨与其它针阔叶树种(池杉及枫香)混交后,对深层土壤水的利用比例减小,但对浅层土壤水(0～40 cm)利用比例增加。方差分解和偏相关分析结果表明,两种林型中美洲黑杨的树种属性的差异是导致这一现象的主要原因。在淡水湿地森林各水体转化关系方面,基于线性拟合分析,发现降水δD(δO)与长江水、林冠穿透水、土壤水、植物水及浅层地下水的δD(δO)值之间存在显著正相关关系,表明降水是长江水、林冠穿透水、土壤水及浅层地下水的主要补给来源。进一步研究发现,安庆地区长江水与浅层地下水的δD值也呈显著相关,表明二者存在相互转化关系。土壤水除受到大气降水补给外,还受到浅层地下水的补给。另外,研究区淡水湿地森林中优势植物的直接水分来源为土壤水。在淡水湿地森林对水文过程的调控作用方面,通过比较分析三个不同降水事件后,两种林型中林冠穿透水、土壤水及浅层地下水的δD(δO)值及地下水位数据,发现小雨(7.9 mm)后,纯林与混交林林冠穿透水δD比降水δD稍贫化,而中雨(18.6 mm)及大雨(34.1 mm)后,各林地林冠穿透水δD与降水δD值基本一致。这一结果表明,降水量较小时,两种淡水湿地森林林冠层对降水有一定的截留作用,随着降水量的增加,林冠层对降水的截留作用逐渐减小,且纯林与混交林林冠层对降水的截留作用无显著差异。两种淡水湿地森林植被结构对降水在土壤

关键词：淡水湿地森林氢氧稳定同位素纯林混交林水文过程

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江苏里下河淡水湿地森林土壤水对降水的响应

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陆地生态系统与保护学报 2023年第1期3卷 23-33页

作者：左海军徐庆高德强张蓓蓓何冬梅江浩王磊中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 江苏省林业科学研究院南京211153

【目的】土壤水是淡水湿地森林生态系统水循环过程的关键环节。以江苏里下河地区的美洲黑杨(Populus deltoides)阔叶林和池杉(Taxodium distichum ***)针叶林2种典型淡水湿地森林为研究对象,定量研究在3个不同量级降水条件下降水在林地... 详细信息

【目的】土壤水是淡水湿地森林生态系统水循环过程的关键环节。以江苏里下河地区的美洲黑杨(Populus deltoides)阔叶林和池杉(Taxodium distichum ***)针叶林2种典型淡水湿地森林为研究对象,定量研究在3个不同量级降水条件下降水在林地土壤剖面中的运移过程,为揭示里下河地区淡水湿地森林对水文过程的调控作用提供科学依据。【方法】运用氢稳定同位素技术,通过分析比较3个不同量级降水后2种不同类型淡水湿地森林土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水)的δD组成,确定各林地土壤水的水分来源;运用二元线性混合模型计算不同量级降水对各层土壤水的贡献率。【结果】不同量级降水后8天内,2种类型淡水湿地森林土壤水δD值均介于大气降水δD和浅层地下水的δD值之间,表明该地区淡水湿地森林土壤水主要源于大气降水和浅层地下水;小雨(9.3 mm)后第1天,2个林地0~40 cm土层土壤水δD的变化范围较大,而40~60 cm土层土壤水δD变化范围较稳定,表明小雨仅能入渗到0~40 cm深处;而中雨(19.5 mm)及大雨(29.2 mm)后第1天,2个林地0~60 cm土层土壤水δD对降水δD的响应皆较明显,表明中雨和大雨均可入渗到0~60 cm深处土壤;此外,小雨、中雨和大雨对美洲黑杨阔叶林土壤水的贡献率分别为1.5%~33.5%、28.2%~66.4%和36.5%~97.0%,对池杉针叶林土壤水的贡献率分别为7.0%~37.4%、5.5%~48.2%和29.6%~75.0%。统计分析表明,降水量级是影响土壤水δD以及降水对土壤水贡献率的主要因子。【结论】里下河地区2种典型淡水湿地森林土壤水主要来源于大气降水和浅层地下水。单次降水量越大,土壤水δD对降水δD的响应越显著。池杉针叶林对小雨入渗补给过程的调控作用优于美洲黑杨阔叶林,而美洲黑杨阔叶林对大量级降雨(中雨和大雨)入渗补给过程的调控作用优于池杉针叶林。本研究结果可为今后我国长三角地区淡水湿地植被恢复过程中树种选择、湿地森林对水文过程的调控作用和水资源科学管理等提供科学依据。

关键词：淡水湿地森林氢稳定同位素土壤水美洲黑杨池杉里下河地区

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